IV.4 Resultados experimentales
IV.4.1 Resultados experimentales sobre el efecto photo-EMF, para una
Los resultados experimentales que se presentan aqu´ı, fueron obtenidos con el arreglo experimental que se observa en la figura 15. En ´este experimento el patr´on tiene un periodo espacial de 6µm, una intensidad m´aximaI0 ⋍1.6W/cm2, un contraste m⋍1 y una frecuencia de oscilaci´on igual a 100Hz. En este caso el campo externo no se aplica en el cristal (E0 = 0). La figura 19 muestra la dependencia del primer arm´onico de la amplitud de la corriente photo-EMF respecto de la amplitud de oscilaci´on del patr´on de interferencia en radianes (K∆, ∆ es la amplitud de desplazamiento del patr´on en unidades m´etricas). Se encontr´o que para el segundo m´aximo de la curva de la figura 19, el patr´on se habr´a desplazado aproximadamente un periodo espacial, que es equivalente a π en t´erminos de radianes. Este resultado concuerda mucho con los presentados en la parte te´orica (cap´ıtulo tres), donde como se observa en la figura 10a, el segundo m´aximo est´a colocado aproximadamente en π radianes.
Para amplitudes de modulaci´on K∆<1 radianes la se˜nal tiene la forma sinusoidal con que est´a oscilando el patr´on de interferencia, por lo que en este r´egimen la curva es completamente lineal. Para amplitudes K∆>1 la se˜nal sigue oscilando de manera peri´odica pero su comportamiento no es lineal. Cabe aclarar que a pesar que se hagan lecturas para frecuencias espaciales (K) diferentes al utilizado en este experimento, los m´aximos de la curva siempre estar´an colocados en los mismos puntos con respecto a
0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
Amplitud de oscilación (radianes)
Se ñ al p h oto -EMF (m V) Bi12SiO20 E0= 0 Ω / 2π = 100 [Hz] m = 1 Λ = 6 [ µ m]
Figura 19: Se˜nal photo-EMF como funci´on de la amplitud de oscilaci´on del patr´on de interferencia K∆.
la amplitud de modulaci´on, es decir, el primer m´aximo en ≈1.1 radianes y el segundo en ≈3.1 radianes. Lo que var´ıa con K es la amplitud de la se˜nal photo-EMF, como lo podemos comprobar te´oricamente en la figura 11b, presentada en el cap´ıtulo tres.
Para mediciones de se˜nal photo-EMF respecto al campo el´ectrico aplicado E0 se ajusta el arreglo experimental 15, coloc´andole una fuente de voltaje en el circuito ex- terno del arreglo, de tal forma que la mayor parte del voltaje de la fuente es aplicada a la muestra fotoconductora. Esto es posible gracias a que con iluminaci´on la muestra fotoconductora tiene una resistencia interna superior a los 100 MΩ, que es mucho mayor que la resistencia de carga (RL = 10 MΩ). Las condiciones experimentales son iguales
a las del caso anterior, con excepci´on del periodo espacial, que en esta ocasi´on es de 35
µm.
Se seleccionan dos amplitudes de oscilaci´on fijas para ver la evoluci´on de la se˜nal respecto del campo el´ectrico aplicado (E0). La primer amplitud seleccionada ´esta en
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 0 0.5 1 1.5 2 Campo eléctrico (E0, kV/cm) Señ al p h oto - E MF (mV) K∆ = 4.0 [rad.] b) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Campo eléctrico (E0, kV/cm) Se ñ al p h oto -EMF (mV) K∆ = 0.8 [rad.] a)
Figura 20: Dependencia de la se˜nal photo-EMF respecto al campo el´ectrico aplicado
E0, para dos amplitudes de oscilaci´on fijas en (a) K∆ = 0.8 radianes y (b) K∆ = 4.0 radianes.
el rango lineal, es decir para amplitudes de oscilaci´on menores a un cuarto del periodo espacial del patr´on, en este caso para K∆ = 0.8 radianes (ver figura 19). Los resultados experimentales encontrados en la literatura bajo este r´egimen, son muchos y variados, como muestra se mencionan lo siguientes art´ıculos: Trofimov y Stepanov (1986); Ste- panov (2001); Mansurova et al. (1998); Petrovet al. (1990); Sokolov et al. (1992), entre algunas otros. La segunda amplitud seleccionada se encuentra en rangos con amplitudes de modulaci´on mayores a un periodo espacial, aproximadamente en K∆ = 4.0 radianes (ver figura 19). Para este r´egimen no hay informaci´on experimental publicada, por lo que los resultados obtenidos aqu´ı no tienen punto de comparaci´on.
Para la amplitud de modulaci´on fija en 0.8 radianes se hace un barrido del campo el´ectrico de 0−3.5kV /cm, y se toman las lecturas correspondientes. El comportamiento de la foto-corriente en estas circunstancias puede ser explicado de la forma propuesta en el cap´ıtulo tres. Esto es, en presencia de un campo el´ectrico externo existe una com- ponente de acarreo de portadores opuesto a la componente de difusi´on. Tal oposici´on provoca que la se˜nal caiga hasta que E0 = 0.6kV /cm, en donde su fase gira 180 grados y comienza a incrementarse de forma constante debido al dominio del componente de
acarreo (ver la figura 20a). De manera similar, para amplitudes de modulaci´on de 4 radianes la curva dibuja el m´ınimo en el mismo punto que en el caso anterior, as´ı como un crecimiento posterior con la misma inclinaci´on (ver la figura 20b). Otra semejanza encontrada en estas curvas es que crecen en la misma proporci´on para un mismo valor de campo el´ectrico, es decir, para un campo de 3.5 kV /cmambos puntos seleccionados aumentan aproximadamente nueve veces, como se observa al hacer la comparaci´on de estas dos gr´aficas (ver la figura 20). Es claro que el campo el´ectrico externo tiene s´olo un car´acter amplificador para la se˜nal photo-EMF. Por esta raz´on no se espera que las curvas con respecto a la amplitud de oscilaci´on aumenten su rango lineal al aplicar campo el´ectrico al cristal fotoconductor.